Reciclagem profunda com emulsão asfáltica

 

À medida que ocorre um aumento na deterioração da infraestrutura viária e o orçamento para reabilitar essas vias não é o suficiente, segue a busca por soluções técnicas mais econômicas para manter uma infraestrutura viável. A técnica atual de "fresar e recompor", que envolve a remoção da camada superior de asfalto deteriorado e sua substituição por uma nova camada asfáltica à quente, tornou-se a prática padrão no Brasil. No entanto, quando a estrutura do pavimento está deteriorada a ponto de exigir reparos mais profundos, técnicas mais abrangentes são necessárias. Um método para realizar isso é a reciclagem profunda. Este processo tritura a camada asfáltica, a camada de base granular e, às vezes, a camada superior do subleito para formar uma nova camada de base homogênea. Várias formas de reciclagem de pavimentos in-situ têm sido praticadas por muitos anos no Brasil, as quais podem ser aprimoradas tecnicamente com o uso de novos materiais como a emulsão asfáltica.

Comboio de equipamentos em execução de reciclagem profunda com adição de emulsão asfáltica em execução na região Centro-Oeste do Brasil.

  

A reciclagem de pavimentos in-situ (no local) do tipo profunda FDR (Full Depth Reclamation) com adição de emulsão asfáltica é uma alternativa mais econômica, duradoura e ambientalmente amigável às técnicas de reabilitação profunda ou de remoção e substituição. É uma técnica de reabilitação planejada na qual toda a espessura da pavimentação asfáltica e uma porção determinada dos materiais subjacentes (base, sub-base e/ou subleito) são uniformemente pulverizados e misturados para fornecer um material aprimorado e homogêneo. A reciclagem profunda não se destina apenas a estradas em condições ruins, mas também é um processo de projeto viável para aumentar a capacidade estrutural de um pavimento em boas condições, assim como em implantações de rodovias. Entre as suas principais características:

·        Até 80% de economia comparado com outras técnicas de reconstrução;

·        Redução de mais de 90% na movimentação e transporte de materiais;

·        Reutiliza até 100% dos materiais existentes;

·        Retorno do tráfego leve no mesmo dia;

·        Extensão de vida útil em até 25 anos. O fator limitante para a vida útil de pavimentos reciclados de forma profunda geralmente é a vida útil da camada superficial e não a própria mistura reciclada.

 

A Reciclagem profunda in-situ de pavimentos resumidamente é uma técnica que permite uma rápida reabilitação e reforço estrutural do pavimento. Em uma única passada da máquina recicladora ocorre o corte, mistura, homogeneização e reforço na estrutura de um pavimento, com melhor custo-benefício em relação a outras soluções. É a aplicação mais usada em todo o mundo em projetos onde há necessidade de melhorar a capacidade estrutural de um pavimento de forma muito rápida e econômica. Uma recicladora possui largura de trabalho de 2,0 metros a 2,4 metros (depende do modelo da máquina) e em média pode alcançar uma velocidade de avanço de mais de 10 m/min considerando uma profundidade média de 20 cm. A produção alcançada depende da composição das camadas do pavimento. Os projetos costumam adotar profundidades entre 15 cm e 30 cm, definidas em dimensionamento.

No Brasil é comum a utilização da reciclagem profunda FDR com adição de cimento ou apenas a pulverização, sem adição alguma de um agente aglutinador de reforço. O uso da emulsão asfáltica apresenta benefícios técnicos e econômicos, agregando diversas melhorias e inibindo a propagação de trincas, que é uma característica da hidratação do cimento.

Situação das rodovias brasileiras

A maior parte das rodovias no Brasil foram projetadas e construídas há décadas, sendo dimensionadas para um tráfego estimado da época. Houve um grande crescimento do tráfego pesado de caminhões e em muitas regiões há falta de controle de peso por eixo, o que resulta problemas estruturais nas rodovias. A situação é agravada pela falta de manutenção preventiva adequada, o que potencializa os danos estruturais.

Esta técnica tem um grande potencial no Brasil em função da grande quantidade de rodovias com problemas estruturais. Outro fator é a possibilidade de ser utilizada também em vias não pavimentadas com o objetivo de agregar maior capacidade estrutural ao pavimento de forma rápida e econômica. Em um país onde mais de 80% das vias não estão asfaltadas, pode ser uma ótima alternativa técnica para melhorar as condições de tráfego ao combinar a reciclagem profunda com emulsão e um revestimento mais econômico como o microrrevestimento à frio.

A recuperação estrutural das rodovias através da reciclagem profunda in-situ é uma necessidade no Brasil.

A reciclagem profunda in-situ pode ser uma alternativa técnica para melhoria estrutural tanto de vias pavimentadas como também de vias não-pavimentadas.

Técnicas utilizadas na recuperação de rodovias

Basicamente são utilizadas três técnicas para a recuperação de trechos degradados de rodovias onde há problemas estruturais: 

·        Reconstrução: são removidas as camadas asfálticas, as camadas granulares de base e algumas vezes também a sub-base para a reconstrução de novas camadas com espessuras e materiais mais adequados para suportar o volume de tráfego atual. O problema é o alto custo de materiais e transporte, baixíssima produtividade de execução, além da questão de acomodação do trânsito durante o período de execução da obra. 

·        Sobreposição de camadas: é a aplicação de uma nova camada asfáltica sobre a estrutura já existente. Embora seja um reforço na composição da estrutura, pode não resolver problemas existentes nas camadas de base e sub-base. Situação é agravada quando há proliferação de trincas que não foram removidas para a aplicação de novas camadas acima. Os danos estruturais ocasionados pelas trincas e a infiltração de água pode gerar uma rápida degradação do pavimento recém reabilitado. 

·        Reciclagem profunda: técnica que permite cortar, triturar e homogeneizar várias camadas do pavimento, utilizando agentes de coesão como reforço. No Brasil é utilizado na reciclagem profunda principalmente o cimento, além de algumas obras esporádicas que utilizaram espuma de asfalto e emulsão asfáltica. Entre as vantagens da reciclagem profunda é a reutilização de 100% do material degradado existente na pista, reduzindo drasticamente custos de transporte na remoção de materiais degradados e movimentação de novos materiais. Outra grande vantagem é a velocidade de execução, permitindo realizar mais de um quilômetro de faixa por dia.

 

Características e benefícios da reciclagem profunda in-situ de pavimentos asfálticos.

Esquematização do processo de execução da reciclagem profunda in-situ

Benefícios da técnica da reciclagem profunda de pavimentos

É possível promover melhorias técnicas na estrutura do pavimento de várias maneiras, aprimorando os seguintes atributos técnicos: 

·        Resistência ao cisalhamento: maior capacidade de resistir a tensões cisalhantes e deformações permanentes, cujas consequências comuns são as ondulações provocadas pela ação do tráfego. 

·        Módulo (rigidez): a sua melhoria resulta em uma maior capacidade de manter o volume físico e responder elasticamente à carga do tráfego, minimizando deformações permanente. 

·        Durabilidade: a capacidade de manter as propriedades materiais e de engenharia e resistir à absorção de água quando exposto a condições ambientais, como umidade e mudanças de temperatura. 

·        Resistência à fadiga: permite estender a vida útil do pavimento adicionando uma camada de base resistente a trincas que transfere tensões máximas de tração horizontal da parte inferior da camada de asfalto usinado à quente para uma porção mais profunda na estrutura do pavimento. 

 

Agentes aglutinantes de reforço na reciclagem profunda

São utilizados para promover melhorias técnicas na nova camada reciclada. O seu uso e a quantidade necessária são definidos em estudos preliminares de laboratório, após extração e análise dos materiais existentes na rodovia. Os agentes aglutinantes utilizados na reciclagem profunda são: 

·        Cimento: agrega maior resistência e aumento da rigidez. Normalmente se utiliza em torno de 3% de cimento em relação ao volume que está sendo reciclado, aumentando a rigidez e capacidade estrutural. A aplicação do cimento deve ser feita com o uso de um distribuidor de cimento que aplique com ótima acuracidade e homogeneidade, pois muitas vezes a aplicação é feita de forma manual em função da falta de disponibilidade de equipamento. 

·        Espuma de asfalto: a combinação de cimento asfáltico de petróleo (CAP) em alta temperatura, água e ar comprimido provoca o efeito da espumação do asfalto. O aumento temporário do volume encobre os materiais granulares durante a passagem da máquina recicladora sem necessidade de aquecimento dos agregados, o que é necessário por exemplo na produção de uma mistura asfáltica à quente. Na reciclagem profunda in-situ com espuma é produzida uma mistura com ligações parciais de asfalto entre os agregados, o que inibe a propagação de trincas características das camadas continuamente ligadas como as bases cimentadas e camadas asfálticas à quente. Este tipo de camada é internacionalmente chamada de BSM (Bitumen Stabilized Material), o que significa material estabilizado com asfalto. Por ser uma camada composta por uma mistura não-continuamente ligada, evita a propagação de trincas ao mesmo tempo que apresenta propriedades flexíveis. A espuma de asfalto exige um maquinário especial configurado com o sistema de geração de espuma. Há também a exigência de um percentual mínimo de finos para que haja a devida adesão dos pontos de conexão de asfalto com os agregados. 

·        Emulsão asfáltica: assim como a espuma, o uso da emulsão asfáltica em obras de reciclagem profunda de pavimentos é executado a temperatura ambiente, uma vez que a emulsão asfáltica é uma composição de asfalto, água e agente emulsificante que permite a mistura dos materiais sem necessidade de aquecimento. O uso da emulsão asfáltica em misturas granulares produz igualmente uma base estabilizada com asfalto (BSM). As emulsões asfálticas evoluíram tecnicamente, não sendo mais necessário esperar a secagem da emulsão por evaporação, uma dificuldade técnica que ocorria no passado. Ocorre um rompimento químico na emulsão, com o asfalto sendo aderido aos agregados sem necessidade de esperar pela evaporação natural da água. A vantagem da emulsão é o fato de ser um produto industrializado, entregue na obra por um caminhão-tanque adequado, aplicado em temperatura ambiente sem qualquer necessidade de manuseio de produtos em alta temperatura. As máquinas recicladoras são dotadas de um sistema de dosagem eletrônica de água, por onde pode ser adicionada a emulsão asfáltica. Sendo assim é muito mais fácil obter um equipamento no Brasil para a execução da obra em comparação com a espuma asfáltica, que exige uma máquina com configuração específica desde a fábrica.

 

Ganhos técnicos do uso de camadas estabilizadas com asfalto (BSM)

Há inúmeras pesquisas e publicações técnicas em congressos nacionais e internacionais sobre as vantagens técnicas da utilização de uma camada flexível do tipo BSM debaixo da camada asfáltica de rolamento. Os esforços de tração da camada asfáltica são distribuídos para a camada de base BSM, reduzindo assim os esforços de tração na camada asfáltica em até 50%. O uso de camadas de base sem ligação (brita graduada simples) faz com que os esforços de tração permaneçam concentrados nas fibras inferiores da camada asfáltica, o que pode reduzir a sua vida útil.

Pesquisas realizadas no estado do Minessota (Estados Unidos) mostraram que os esforços de tração são transferidas das camadas asfálticas superiores para as camadas estabilizadas com asfalto (BSM), quando comparada com o uso de camadas granulares sem coesão na base.

Outra vantagem do uso de camadas estabilizadas com asfalto na estrutura de base de pavimentos é a propriedade anti-reflexão de trincas. Estudos publicados no exterior mostram que as camadas do tipo CTB (Cement treated base), camada tratada com cimento, falham por colapso da estrutura em função da rigidez e reflexão de trincas que acabam se unindo umas às outras. Já as camadas do tipo BSM se deformam ao longo do tempo, mas são mantidas intactas. Neste caso, a recuperação necessária é apenas uma fresagem rasa e recomposição da parte superior da capa asfáltica de rolamento.

 

Modo de falha de bases cimentadas (CTB) e de bases estabilizadas com asfalto (BSM).

Ao contrário das camadas asfálticas à quente as quais tiveram inúmeras inovações quanto a asfalto modificado de alto desempenho (Polímero, SMA, Gap Graded, HIMA, etc), as camadas estruturais de base no Brasil estão estagnadas há décadas em apenas duas únicas soluções: bases granulares simples (BGS) e brita graduada tratada com cimento (BGTC).

Publicações da ASSHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), mostram que o uso de emulsões asfálticas em camadas granulares de base apresenta coeficiente estrutural superior ao de bases cimentadas (CTB) e bases de brita graduada simples (untrated base). Os estudos mostram que o coeficiente estrutural é superior também a espuma de asfalto (foam), sendo inferior apenas às camadas recicladas do tipo Cold-In Place Recycling (quando há uso de emulsão na reciclagem apenas de camadas asfálticas, sem materiais granulares de base) e das próprias camadas asfálticas à quente (HMA – Hot Mix Asphalt). 

Tabela com coeficientes estruturais da AASHTO para diferentes tipos de camadas de base mostra que as emulsões asfálticas podem alcançar números maiores em comparação com outros agentes aglutinantes.

                             

Solução técnica a nível mundial 

É uma técnica consolidada globalmente de rápida execução, sem necessidade de maquinário especialmente configurado para a aplicação, podendo utilizar a frota de equipamentos já existente no Brasil. Agrega uma grande capacidade estrutural ao pavimento devido ao ganho de coesão, elimina a propagação de trincas típicas de bases com maior rigidez, podendo aumentar consideravelmente a vida útil do pavimento. A técnica permite uma solução adequada a uma ampla gama de materiais, de granulometria mais fina até os mais graúdos, sem necessidade de ajuste granulométrico. A realidade das rodovias brasileiras são pavimentos asfálticos com uma grande heterogeneidade em termos de materiais e espessuras ao longo de suas extensões. Podemos ver no exemplo abaixo dois trechos de uma mesma rodovia após a execução da reciclagem profunda com emulsão asfáltica a uma profundidade de 30 centímetros. Um trecho apresentava uma base formada por solo-brita enquanto outro trecho apresentava uma base formada por brita graduada tratada com cimento (BGTC).

 

Trechos da rodovia após execução da reciclagem profunda com emulsão asfáltica em trechos com estruturas de base distintas.

 

Houve inúmeros casos de registros de trincas precoces em pavimentos construídos com base cimentadas ou reciclados profundamente com cimento. Erros na execução, má-dosagem ou até mesmo falha na elaboração do teor de projeto podem resultar na aplicação de um percentual acima do desejável. É da natureza do cimento o enrijecimento e aparecimento de trincas de retração. Há reflexão destas trincas na camada asfáltica de rolamento, o que é uma realidade em muitas estradas brasileiras. Isto pode representar um grande problema para a rodovia, com a água das chuvas entrando pelas trincas e em conjunto com a ação do tráfego ocorrer uma erosão da parte inferior do pavimento e bombeamento de finos, resultando em colapso estrutural.

A adoção da emulsão asfáltica como um agente aglutinante de reforço na reciclagem profunda é amplamente disseminada nos Estados Unidos e China. Na América do Sul, o Peru foi pioneiro na região ao selecionar esta técnica para recuperar centenas de quilômetros em diversas regiões do país, abrangendo diferentes materiais e condições climáticas na sua execução.

 

Obra de reciclagem profunda com emulsão asfáltica na costa peruana. O país é referência na América do Sul em quilometragem de obras executadas utilizando esta técnica.

Outro trecho de reciclagem com emulsão executado no Perú. Foto: Eng. Civil Jorge Escalante.

            

Emulsão asfáltica x Espuma de asfalto

Embora a espuma de asfalto seja uma técnica inovadora, há dificuldades práticas para o seu uso no Brasil. São pouquíssimas máquinas dotadas com o sistema de produção e injeção de espuma disponíveis. Uma recicladora existente sem o sistema não pode receber a instalação do dispositivo, sendo necessário que saia de fábrica já configurada com o sistema de espuma. O custo de uma recicladora nova com sistema de espuma é bem superior ao valor de uma recicladora com sistema de injeção eletrônica de água por onde é inserida a emulsão asfáltica. Outra dificuldade é que o uso da espuma requer um elevado percentual de finos, o que muitas vezes resulta na necessidade de correção granulométrica com adição de pó-de-pedra sobre o pavimento existente.

A espuma de asfalto é produzida pela própria recicladora, enquanto a emulsão asfáltica é um produto industrializado que passa por um rigoroso processo de qualidade em sua fabricação. O fato da espuma ser produzida pelo próprio equipamento pode resultar em má-formação da mesma em função de algumas variáveis, como alteração na pressão, temperatura e até mesmo a heterogeneidade típica dos pavimentos brasileiros. Já a emulsão asfáltica se comporta melhor em condições onde há uma grande heterogeneidade do pavimento. Outra vantagem é o fato da emulsão ser aplicada em temperatura ambiente, enquanto a espuma de asfalto exige o uso de cimento asfáltico em alta temperatura em obra.

  

Parâmetros de desempenho

Um ponto que é bastante questionado sobre a adoção da reciclagem profunda in-situ é a heterogeneidade de nossos pavimentos rodoviários e como fica esse pavimento após a reciclagem, pois obviamente é impossível tornar homogêneo um pavimento sem a uma nova dosagem dos materiais em uma planta ou usina, o que geraria maior tempo, maior custo de transporte, menor produtividade de execução de obra e maior custo geral da obra.

As bases granulares estabilizadas com asfalto (BSM) levam em consideração dois principais parâmetros de desempenho. O primeiro é a resistência à tração indireta e o segundo é o módulo, cuja melhoria reflete na diminuição drástica das deflexões do pavimento. Há duas normas internacionais que servem de referência para a reciclagem com emulsão, ARRA (Estados Unidos) e TG2 (África do Sul). Embora haja algumas diferenças quanto ao valor para resistência mínima à tração indireta, ambas convergem para este parâmetro. A função da resistência à tração indireta é redistribuir para a base os esforços que ficam concentrados na camada asfáltica de rolamento, fazendo com que as camadas asfálticas superiores sejam mais suscetíveis a suportar os esforços de compressão aplicados pelo tráfego.

Outra vantagem das bases asfálticas do tipo BSM é diminuir as espessuras das camadas asfálticas de rolamento em um cálculo de dimensionamento. Assim é possível racionalizar os recursos, ao diminuir o volume do material mais caro, a mistura asfáltica à quente. Isto depende da abordagem do projetista, podendo utilizar as características estruturais para obter um dimensionamento otimizado.

  

Excelente custo-benefício

Alguns estudos realizados mostram que a reciclagem profunda in-situ elimina em mais de 95% a necessidade de transportes de materiais, o que a torna uma técnica mais barata do que a remoção e reconstrução das camadas. A produtividade da técnica é bastante elevada, reduzindo tempo de execução de obra. As produções médias são entre 600 e 1.200 metros diários de faixa.